Autor Tópico: Sensor de Compacta vs DSLR - Será que esses sensores pequenos são ruins mesmo?  (Lida 6015 vezes)

Leandro Federsoni

  • Trade Count: (0)
  • Colaborador(a)
  • ****
  • Mensagens: 4.974
  • Sexo: Masculino
Pessoal,

Estava pensando como seria a qualidade de imagem de um sensor APS mas usando a mesma tecnologia e densidade de um sensor de câmera compacta, ou seja, algo em torno de 36Mp/cm2 o que daria um sensor APS de aproximadamente 130Mp. Com esse valor de resolução primitiva tão alta mesmo com muito ruído acabaria entregando muita informação em ISO mínimo e bem mais resolução que os atuais APS de 6/12/18Mp, mas como ficaria a latitude em ISO baixo/alto e como ficaria o desempenho desse sensor em ISO alto?

Fiquei imaginando em fazer uma simulação de como seria esse sensor usando a minha própria compacta (Samsung L200 de 10Mp ou 36Mp/cm2) em ISO800/1600 e comparando a imagem com a Nikon D40 de 6Mp.

O exercício que tentei fazer foi tirar uma foto com a compacta de 10Mp, simulando que essa foto seria apenas um pequeno crop de um sensor APS de 130Mp e depois reduzi o tamanho dessa imagem em 22x (130Mp/6Mp), simulando com isso uma redução de 130Mp para 6Mp da D40 e aí sim comparei as imagens.

Fiquei impressionado que a imagem vinda do sensor ultra denso da compacta é superior ao sensor de 6Mp da D40 em todos ISOs, tanto em resolução como em latitude. Caso isso seja realmente verdade por que não temos sensores de DSLR com a mesma tecnologia e densidade dos sensores de compacta? Seria custo, processador ou o que?

Imagem em ISO800 da Nikon D40 (APS 6Mp), foco no rosto do menino.


Imagem de uma provavel APS de 130Mp reduzido para 6Mp em ISO800.



Obrigado

« Última modificação: 19 de Outubro de 2009, 03:59:06 por Leandro Federsoni »


Leandro Federsoni

  • Trade Count: (0)
  • Colaborador(a)
  • ****
  • Mensagens: 4.974
  • Sexo: Masculino
Acabei de fazer mais uma brincadeira, mas tentando igualar melhor o WB e a exposição delas.

Crop da D40 em ISO800, mantendo 6Mp


Crop de uma fictícia APS de 130Mp em ISO800, reduzido para 6Mp para melhorar comparação com a imagem de cima.



D40 em ISO1600


APS 130Mp em ISO1600
« Última modificação: 18 de Outubro de 2009, 10:51:13 por Leandro Federsoni »


AFShalders

  • Trade Count: (27)
  • Referência
  • *****
  • Mensagens: 9.142
  • Sexo: Masculino
  • "Bela câmera, mas mostre as fotos..."
    • Old Good Light
Seriam vários os problemas, a começar pelo aumento de "charge leaking", literalmente vazamento de carga entre os pixeis. Quanto mais denso o sensor, mais próximos os pixeis e quanto mais próximos, maior a iteração entre as cargas elétricas armazenadas nos mesmos. Isso pode causar efeitos como hot pixeis, registro incorreto de cores e coisas do tipo.

O segundo problema, este mais facilmente resolvível, é que a quantidade de informação a ser processada pelo microprocessador da câmera aumenta muito, e sempre haverá um ponto de equilíbrio entre a qualidade de saída desejada e o tempo necessário para o processamento da imagem, desde a varredura do ccd, a interpolação de cores inerente ao sensor bayer, o low pass, o sharpening, a eventual conversão para jpeg e finalmente a escrita no cartão.

Outro problema é que quanto menor for o pixel (na verdade o sensor relativo a um pixel da imagem), menor a relação sinal/ruído (eletrônico, e não ruído de software), pois quanto menos luz um desses sítios receber  (a quantidade é função da intensidade x área), o ruído eletrônico se tornará mais aparente.

A coisa não é assim tão trivial. Processamento de sinais é sempre complicado, e tem um determinado ponto que um tipo de tecnologia ou técnica deve ser deixado de lado em detrimento de outra.

Quanto ao problema ISO/Ruído (quando eu falar em ruído, leia-se ruído eletrônico, causado pelo movimento desordenado dos elétrons sobre o material. Não vou entrar em detalhes sobre isso, pois perde o foco), existem dois jeitos de se trabalhar:

1) manter o tamanho da célula e aumentar a corrente elétrica para aumentar a sensibilidade. Mais corrente = mais ruído. O sinal é proporcional ao tamanho da célula, logo, aumentando a corrente, aumenta-se o ruído e consequentemente piora-se a relação sinal/ruído

2) manter a corrente e aumentar o tamanho da célula. Mais sinal, com o mesmo ruído, o que significa uma melhora na qualidade da imagem.

3) grupamento de pixeis, sendo somente possível nos sensores Foveon. Pode-se usar um único site para registrar um pixel, ou 4, ou 9. Aumenta-se muito a área e a relação sinal/ruído, mas perde-se em resolução.

Enfim, cada técnica tem seus prós e contras.

A latitude não tem absolutamente nada a ver com a densidade do sensor.



Por isso que a Canon G10 é um horror e tem "barulho"acima de ISO200 e a EOS 5D trabalha bem até iso 800.

Como foi o seu procedimento para produzir a imagem de 130 MP equivalente ? Tenho a impressão que no seu exemplo, quem fez o serviço sujo foram os algoritmos de resizing.


« Última modificação: 18 de Outubro de 2009, 14:53:56 por afshalders »
A maioria das câmeras e lentes são melhores que a maioria dos fotógrafos.

www.oldgoodlight.blogspot.com / www.flickr.com/groorj


Leandro Federsoni

  • Trade Count: (0)
  • Colaborador(a)
  • ****
  • Mensagens: 4.974
  • Sexo: Masculino
afshalders,

Muito interessante a sua colocação, eu também acho que hoje a densidade dos sensores APS é um equilíbrio entre vários setores que vão da qualidade da imagem, passando pelo poder de processamento, velocidade, autonomia de bateria e até mesmo da capacidade dos computadores que o mercado possui, provavelmente hoje ninguém iria gostar de ficar processando RAWs de 130Mp para um ganho nem tão importante.

Inclusive eu imagino que a densidade do sensor não aumenta a resolução real de forma linear, o aumento da resolução real deve ser através de uma curva exponencial e assim chega num determinado valor de resolução primitiva que o aumento de resolução real é mínimo e desprezível para muita gente.

Essa brincadeira que fiz é bem simples, o sensor da compacta tem uma densidade de 36Mp/cm2 e o da Reflex 1.6Mp/cm2, ou seja, uma densidade de 22.5x superior, com isso uma reflex fictícia teria aproximadamente 130Mp se tivesse a mesma densidade da compacta. A partir disso tirei uma foto com a Nikon D40 em ISO alto e depois cropei a imagem com exatamente o mesmo tamanho do sensor da compacta (6.13 x 4.60 mm) sobre o sensor da D40 (23.7 x 15.5 mm) o que daria um crop de 770 colunas aproximadamente. Depois em cima do ângulo de visão dessa imagem cropada da D40 eu tirei a foto com a compacta.....essas duas imagens adquiridas com exatamente o mesmo ângulo de visão é o que devemos comparar, ou seja, um crop da D40 e um crop de uma APS de 130Mp....depois disso eu reduzi o tamanho da imagem da compacta para facilitar a comparação.

Eu acho que esse teste que fiz foi mais para eliminar a dúvida de quando liberam uma APS com sensor mais denso se ela é melhor ou pior que a anterior.

Quanto a latitude eu achei interessante que a latitude aumenta com esse fictício sensor de 130Mp, ou seja, a latitude está mais relacionada com a resolução real do que com o tamanho dos pixels. Por outro lado vejo a Nikon D40 com latitude superior a algumas outras APS de sensor mais denso....estranho.

Muito obrigado
« Última modificação: 18 de Outubro de 2009, 17:24:09 por Leandro Federsoni »


Pictus

  • Trade Count: (3)
  • Referência
  • *****
  • Mensagens: 9.113
  • Sexo: Masculino
    • http://www.flickr.com/photos/10986424@N02/sets/
Leandro aqui tem tudo que vc deseja saber
http://theory.uchicago.edu/~ejm/pix/20d/tests/noise/index.html


http://theory.uchicago.edu/~ejm/pix/20d/tests/noise/noise-p3.html#pixelsize
-- Extrapolating to tiny pixel sizes --
An amusing extrapolation of the analysis of the effect of pixel size results from consideration of digicam raw data. The Panasonic FZ50 is a 10MP superzoom digicam with RAW capability. An analysis by John Sheehy, as well as the author's rough measurements on this FZ50 raw file using the noise vs. exposure graphical method outlined on page 2, yields a gain g of roughly .29 photons/12-bit ADU at ISO 400. Dividing by the square of the 2 micron pixel size yields .072 photons per ADU per square micron, comfortably in the middle of the efficiency table above. However, just as the Canon ISO calibration was off for its earlier models, digicam ISO calibrations differ from those of DSLR's. Typical DSLR's leave about 3.5 stops between metered middle grey and raw saturation; digicams put middle gray about 0.5-1.0 stop closer to raw saturation, due to their lower dynamic range. This means that their ISO calibration is about 0.5-1.0 stops understated in relation to DSLR ISO calibration, and so the FZ50 efficiency figure is actually higher than .072 by a factor 1.4-2.0, making the FZ50 sensor among the most efficient per unit area in capturing photons of any digital camera sensor currently available! Of course the sensor is only about 5.5mm x 7.3mm in size, so the photon noise referred to the frame size is rather poor, as it is for any digicam; but the photon noise at fixed spatial scale in microns or millimeters, rivals or betters the 1D3, 1Ds3 and D3. If the FZ50 sensor could be scaled up to the size of full frame, it would indeed rival these cameras for photon shot noise performance; and the resolution -- the 2 micron pixels translate into a 216MP (!) full frame camera (of course, for many applications the actual resolution will be limited by diffraction and lens aberrations). It is currently unclear whether this performance could be maintained as the sensor is scaled up by a factor of nearly five in linear dimension -- practicalities of supporting electronics for the pixels, speed in readout and processing, etc, may make it difficult to maintain the FZ50's performance in a scaled-up version. Nevertheless, what should be clear from the preceding analysis is that there is virtually no difference in photon collecting efficiency over a very wide range of pixel sizes, from 2 microns to over 8 microns.
So a digicam sensor can rival or even exceed the performance of the best current DSLR's in photon capture efficiency, and thus shot noise performance. What about read noise? Naively one might expect that the read noise is a fixed cost per pixel, so more pixels per area mean more read noise. John Sheehy reports a read noise for the FZ50 of 2.7 ADU ~ 3.3 electrons at ISO 100; my rough measurements on the raw file linked to above yielded 4.5 ADU ~ 5.4 electrons of read noise. Let's compare this to the Canon 1D3 by referring to fixed scale. This means dividing the read noise per pixl in electrons by the pixel spacing. The 1D3 read noise is 1.2 12-bit ADU = 24 electrons at ISO 100, and the pixel spacing is 7.2 microns, so its read noise figure of merit is 24/7.2 = 3.3; the FZ50 read noise figure of merit is somewhere between 3.3/2.0 = 1.7 (Sheehy's measurement) and 5.4/2.0 = 2.7 (my measurement). So again the FZ50 is as good or better than the best DSLR's in read noise (fairly compared by referring to fixed spatial scale), at the lowest ISO's. The comparison gets even better if we again factor in the relative calibration of ISO between the two cameras. At high ISO, things are again reversed -- the 1D3 read noise at ISO 1600 is 3.4 12-bit ADU = 4.2 electrons, while the FZ50's is still about the same in electrons according to Sheehy. Now when dividing by the pixel spacing to refer to fixed spatial scale, the comparison substantially favors the big-pixel DSLR, even when the relative ISO calibration is accounted for.


AFShalders

  • Trade Count: (27)
  • Referência
  • *****
  • Mensagens: 9.142
  • Sexo: Masculino
  • "Bela câmera, mas mostre as fotos..."
    • Old Good Light

A idéia do artigo que o Pictus indicou é exatamente a mesma. Só expõe de uma maneira ligeiramente diferente. Legal e bem escrito.

"So again the FZ50 is as good or better than the best DSLR's in read noise (fairly compared by referring to fixed spatial scale), at the lowest ISO's"

"At high ISO, things are again reversed -- the 1D3 read noise at ISO 1600 is 3.4 12-bit ADU = 4.2 electrons"

"making the FZ50 sensor among the most efficient per unit area in capturing photons of any digital camera sensor currently available"

Já isso não é tão facilmente verificável. Já usei a FZ50 e nem de longe ela tem menos ruído que a 5D no mesmo ISO.

"It is currently unclear whether this performance could be maintained as the sensor is scaled up by a factor of nearly five in linear dimension -- practicalities of supporting electronics for the pixels, speed in readout and processing, etc, may make it difficult to maintain the FZ50's performance in a scaled-up version."

Exatamente. Aí que entra o Tempo x Qualidade de saída.

Nevertheless, what should be clear from the preceding analysis is that there is virtually no difference in photon collecting efficiency over a very wide range of pixel sizes, from 2 microns to over 8 microns"

Ninguém questiona a eficiência. O problema continua sendo o vazamento de carga.


Resumindo:

Uma câmera com sensor maior necessita de uma objetiva cuja área da imagem no foco seja proporcionalmente maior. Este tipo de objetiva é de fabricação mais fácil em termos de resolução e controle de distorções, porém mais cara.

Uma de sensor menor necessita de uma objetiva com o "footprint" menor, mais barata de ser fabricada levando em conta uma qualidade mediana de imagem. Para sensores menores e consequentemente footprints menores, a objetiva deveria ser capaz de produzir uma imagem com altíssima resolução, o que não é facil. Em geral opta-se por um ponto de equilíbrio.

Alguém aí lembra das Minox 16mm ? Pois é, embora seja considerada mini formato de filme, ela dava pau na maioria das 50mm de quadro de 35mm da época. E por isso mesmo custava os olhos da cara. Aquela lentinha era complicada pacas de ser feita. Com o filme P&B da Minox ela produzia imagens incríveis.

Mas voltando ao papo...

Para se obter as vantagens de um CCD do tipo que falaram, a objetiva teria que ser muitíssimo mais nítida do que qualquer coisa existente no mercado, com no mínimo dez vezes a resolução das óticas atuais disponíveis. E tem gente que acha as objetivas Canon L caras. Isso seria MUITO mais caro. Algo como uma objetiva para cinema de 35mm, ou mais ainda.


 

A maioria das câmeras e lentes são melhores que a maioria dos fotógrafos.

www.oldgoodlight.blogspot.com / www.flickr.com/groorj


Leandro Federsoni

  • Trade Count: (0)
  • Colaborador(a)
  • ****
  • Mensagens: 4.974
  • Sexo: Masculino
afshalders,

Eu considero que o problema da lente pode ser algo não impeditivo, pois vai ser uma opção individual querer aproveitar os tais 130Mp ou não, tanto que vemos hoje muita gente usando lentes que já não atende as atuais câmeras.

Quanto ao problema q vc mais mencionou eu não tinha pensado sobre ele e realmente faz muito sentido, provavelmente num sensor de 130Mp com baixo isolamento dos circuítos poderíamos ter muitos problemas na qualidade dos pixels principalmente naqueles mais próximos do centro do sensor, além do processamento de toda essa informação.

Lendo o link do Pictus eu entendo que o tamanho do pixel é bem importante na diminuição do ruído, mas se trocarmos esse pixel grande por dois pequenos melhoramos a relação sinal/ruído. Com isso penso que a tecnologia deve buscar dois objetivos para melhorar o sinal dos sensores, primeiro tentar aumentar a quantidade dos pixels e segundo aumentar o tamanho dos pixels e para compactas tentar aumentar o tamanho dos sensores. Agora tirando esses dois/três objetivos o que mais eles podem estar fazendo pra melhorar?

Muito bom o link do Pictus, foi bem de encontro ao que acabei testando, inclusive ele deixou bem claro na sua conclusão que o tamanho do sensor e a resolução bruta tem uma influência muito maior que a densidade dos pixels.

Ps. Lembrando que densidade do sensor e tamanho dos fotodiodos estão totalmente relacionado para sensores de mesmo tamanho, por outro lado existem possibilidades de se aumentar os fotodiodos ou até as microlentes sem mudarmos a densidade do sensor.

Abraço
« Última modificação: 19 de Outubro de 2009, 04:04:52 por Leandro Federsoni »


AFShalders

  • Trade Count: (27)
  • Referência
  • *****
  • Mensagens: 9.142
  • Sexo: Masculino
  • "Bela câmera, mas mostre as fotos..."
    • Old Good Light
Leandro,



"mas se trocarmos esse pixel grande por dois pequenos melhoramos a relação sinal/ruído"

Não necessariamente.Tanto o tamanho quanto a densidade importam sim. E dois pixeis podem ou não fornecerem uma melhor relação sinal/ruído. Depende muito da tecnologia de fabricação.

Só para lembrar, reveja os primeiros super-ccd da Fuji. O pulo do gato na época era o formato octogonal dos mesmos, que permitia que eles se encaixassem melhor na matriz, mesmo tendo maior área.

Trabalhei com instrumentação eletrônica e posso afirmar que isso de generalizar sobre 2 menores melhor que um maior não é lá muito correto. Cada caso é um caso.

O assunto é extenso...
A maioria das câmeras e lentes são melhores que a maioria dos fotógrafos.

www.oldgoodlight.blogspot.com / www.flickr.com/groorj


Leandro Federsoni

  • Trade Count: (0)
  • Colaborador(a)
  • ****
  • Mensagens: 4.974
  • Sexo: Masculino
Leandro,

"mas se trocarmos esse pixel grande por dois pequenos melhoramos a relação sinal/ruído"

Não necessariamente.Tanto o tamanho quanto a densidade importam sim. E dois pixeis podem ou não fornecerem uma melhor relação sinal/ruído. Depende muito da tecnologia de fabricação.

Só para lembrar, reveja os primeiros super-ccd da Fuji. O pulo do gato na época era o formato octogonal dos mesmos, que permitia que eles se encaixassem melhor na matriz, mesmo tendo maior área.

Trabalhei com instrumentação eletrônica e posso afirmar que isso de generalizar sobre 2 menores melhor que um maior não é lá muito correto. Cada caso é um caso.

O assunto é extenso...

Com certeza e bem lembrado, nesse caso precisamos simplificar dizendo que se trata de mesma tecnologia para a comparação ficar correta.

Inclusive no link do Pictus o editor deixou bem claro que dois pixels são melhores do que um em se tratando de mesma tecnologia. Na minha brincadeira acima, infelizmente tive que desconsiderar essa diferença, eu na verdade nem imagino qual é melhor...rsrs
« Última modificação: 19 de Outubro de 2009, 02:56:15 por Leandro Federsoni »


Leandro Federsoni

  • Trade Count: (0)
  • Colaborador(a)
  • ****
  • Mensagens: 4.974
  • Sexo: Masculino
afshalders,

Um exemplo que acho bem interessante são as duas 135mm que dividem a mesma tecnologia de sensor a D3 e a D3x, uma com 1.4Mp/cm2 e a outra com 2.8Mp/cm2, dividindo exatamente o mesmo tamanho de sensor.

Veja um exemplo de JPG abaixo em ISO3200, a primeira é a D3 e a segunda D3x.





AFShalders

  • Trade Count: (27)
  • Referência
  • *****
  • Mensagens: 9.142
  • Sexo: Masculino
  • "Bela câmera, mas mostre as fotos..."
    • Old Good Light
Para deixar as coisas ainda mais difíceis de serem avaliadas, para um mesmo ISO, o ruído varia em função da intensidade da luz disponível.

Por exemplo, uma foto feita numa digital em ISO alto apresenta mais ruído se o nível de luz ambiente for menor. Compare uma foto feita em alto ISO, de dia com outra noturna. A própria relação sinal/ruído varia. Obviamente na diurna, ela é muito melhor.

Em filme também acontece isso. Pegue um filme tipo o Kodak Press ou o Fuji Superia 800. De dia produzem imagens quase sem grão, mas se você sub-expor o filme, fica um horror. A causa é outra, mas o efeito, o mesmo.

Não tiro o mérito da publicação, que é interessante, mas não se pode generalizar como o autor faz.
A maioria das câmeras e lentes são melhores que a maioria dos fotógrafos.

www.oldgoodlight.blogspot.com / www.flickr.com/groorj


Leandro Federsoni

  • Trade Count: (0)
  • Colaborador(a)
  • ****
  • Mensagens: 4.974
  • Sexo: Masculino
afshalders, perfeita colocação...

Por esse motivo que ainda vejo muitos reviews de câmeras ruins na NET, o princípio básico de um teste bem feito é eliminar as variáveis que não interessam, o chamado teste "back to back".   


AFShalders

  • Trade Count: (27)
  • Referência
  • *****
  • Mensagens: 9.142
  • Sexo: Masculino
  • "Bela câmera, mas mostre as fotos..."
    • Old Good Light
afshalders, perfeita colocação...

Por esse motivo que ainda vejo muitos reviews de câmeras ruins na NET, o princípio básico de um teste bem feito é eliminar as variáveis que não interessam, o chamado teste "back to back".   


Não confio nesses sites de reviews. Alguns são suspeitos de serem tendenciosos e outros incompetentes. Principalmente em teste de lentes. Um teste justo precisa ser feito com pelo menos 5 a 10 exemplares do ítem que estiver sob teste, de preferência de lotes diferentes de produção. Por exemplo, e se uma determinada lente tiver um defeito ou  mau ajuste durante a fabricação ? Ou se estiver acima da média ? Teste de lente pode ser feito de duas maneiras: 1) mundo real, pondo a lente na câmera e saindo para a rua e usando como uma pessoa normal  2) teste de laboratório, câmera no tripé, FOCO MANUAL, e condições super controladas.  Eu prefiro simplificar. Uso. Se gostar, beleza, se não, azar.

Os testes de câmeras então chegam a dar nos nervos...
A maioria das câmeras e lentes são melhores que a maioria dos fotógrafos.

www.oldgoodlight.blogspot.com / www.flickr.com/groorj


Leandro Federsoni

  • Trade Count: (0)
  • Colaborador(a)
  • ****
  • Mensagens: 4.974
  • Sexo: Masculino
afshalders,

Utilizar 5 exemplares é muito difícil, pra resolver isso tento ver imagens do mesmo modelo em vários sites diferentes. Normalmente as imagens procuro baixar do Imaging-Resource ou do Dcresource, mesmo assim em alguns casos as imagens são péssimas.

Valeu
 
« Última modificação: 20 de Outubro de 2009, 18:08:26 por Leandro Federsoni »


AFShalders

  • Trade Count: (27)
  • Referência
  • *****
  • Mensagens: 9.142
  • Sexo: Masculino
  • "Bela câmera, mas mostre as fotos..."
    • Old Good Light
afshalders,

Utilizar 5 exemplares é muito difícil, pra resolver isso tento ver imagens do mesmo modelo em vários sites diferentes. Normalmente as imagens procuro baixar do Imaging-Resource ou do Dcresource, mesmo assim em alguns casos as imagens são péssimas.

Valeu
 

Com certeza ! Mas isso não é função nossa, e sim desses sites de reviews e das revistas.
A maioria das câmeras e lentes são melhores que a maioria dos fotógrafos.

www.oldgoodlight.blogspot.com / www.flickr.com/groorj